特許 7451105 液滴吐出ヘッド及びその駆動回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-08

(45)【発行日】2024-03-18

(54)【発明の名称】液滴吐出ヘッド及びその駆動回路

(51)【国際特許分類】

   B41J 2/14 20060101AFI20240311BHJP

   B41J 2/015 20060101ALI20240311BHJP

【ＦＩ】

B41J2/14 611

B41J2/14 301

B41J2/015 101

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019142365

(22)【出願日】2019-08-01

(65)【公開番号】P2021024158

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-07-15

(73)【特許権者】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100162570

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 早苗

(72)【発明者】

【氏名】仁田 昇

【審査官】大浜 登世子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０６３５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２１１６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－２０２６４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０７２０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２２８１００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ４１Ｊ ２／０１ － ２／２１５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液滴吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出させるための複数の駆動素子を駆動する駆動回路であって、
前記複数の駆動素子のそれぞれの一端に接続され、前記複数の駆動素子のそれぞれに駆動波形を与える複数の個別駆動回路と、
前記複数の駆動素子のそれぞれの他端に共通に接続されたコモン端子に一端を接続し、他端をグラウンド端子に接続してなる静電容量素子と、
前記静電容量素子と前記コモン端子との接続点に、抵抗素子を介して正の電圧を印加する定電圧回路と、
前記複数の駆動素子毎に駆動信号を生成し、その複数の前記駆動信号を前記複数の個別駆動回路にそれぞれ出力する駆動信号生成回路と、
を具備し、
前記複数の個別駆動回路は、それぞれ前記駆動信号生成回路から出力された前記駆動信号を受けて、対応する前記駆動素子にその前記駆動信号に応じた駆動波形を与えるように動作し、
前記駆動素子は、印可電圧の増減に対する変位量のカーブがバタフライ特性を有する圧電素子であり、前記定電圧回路が印加する電圧を、前記バタフライ特性の変位量が底となる負の電圧の絶対値よりも小さい正の電圧とする、液滴吐出ヘッド駆動回路。

【請求項2】

前記定電圧回路は、オペアンプで構成される、請求項１記載の液滴吐出ヘッド駆動回路。

【請求項3】

前記圧電素子は、薄膜の圧電体による圧電素子である、請求項１記載の液滴吐出ヘッド駆動回路。

【請求項4】

前記静電容量素子の静電容量は、前記駆動素子の合計静電容量よりも大きい、請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の液滴吐出ヘッド駆動回路。

【請求項5】

ノズルから液滴を吐出させるための複数の駆動素子と、
前記複数の駆動素子のそれぞれの一端に接続され、前記複数の駆動素子のそれぞれに駆動波形を与える複数の個別駆動回路と、
前記複数の駆動素子のそれぞれの他端に共通に接続されたコモン端子に一端を接続し、他端をグラウンド端子に接続してなる静電容量素子と、
前記静電容量素子と前記コモン端子との接続点に、抵抗素子を介して正の電圧を印加する定電圧回路と、
前記複数の駆動素子毎に駆動信号を生成し、その複数の前記駆動信号を前記複数の個別駆動回路にそれぞれ出力する駆動信号生成回路と、
を具備し、
前記複数の個別駆動回路は、それぞれ前記駆動信号生成回路から出力された前記駆動信号を受けて、対応する前記駆動素子にその前記駆動信号に応じた駆動波形を与えるように動作し、
前記駆動素子は、印可電圧の増減に対する変位量のカーブがバタフライ特性を有する圧電素子であり、前記定電圧回路が印加する電圧を、前記バタフライ特性の変位量が底となる負の電圧の絶対値よりも小さい正の電圧とする、液滴吐出ヘッド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、液滴吐出ヘッド及びその駆動回路に関する。

【背景技術】

【0002】

圧電素子に電圧を印加して変形させることにより圧力室内の液体を加圧して、圧力室に連通するノズルから液滴を吐出させるようにした液滴吐出ヘッドがある。液滴吐出ヘッドは、複数のノズルに対応した複数の圧力室にそれぞれ圧電素子を設けている。そして、これらの圧電素子に対して個別に駆動波形を供給するようになっている。このため各圧電素子には、圧電素子に駆動波形を供給するための個別配線と、圧電素子に基準電位を供給するためのコモン配線とが接続されている。コモン配線の一端はそれぞれ圧電素子に接続されており、他端は共通のコモン端子に接続されている。コモン端子は、グラウンド端子に接続されている。したがって、各圧電素子に供給される基準電位は、グラウンド電位となっている。

【0003】

この種の液滴吐出ヘッドにおいては、圧電素子として薄膜圧電アクチュエータが用いられる場合が多い。薄膜圧電アクチュエータは、薄膜化された圧電体をシリコン基板上にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）プロセスで形成したものである。薄膜圧電アクチュエータの場合、印加電圧と変位量との関係はバタフライ特性を有している。すなわち、負電圧を底とする印加電圧がゼロクロスして上昇するに連れて変位量が飽和する特性を有している。このため、ゼロクロスしない領域で印加電圧を変化させる場合とゼロクロスする領域で印加電圧を変化させる場合とを比較すると、同じ変位を得るための印加電圧は、前者よりも後者の方が小さくなる。すなわち、前者よりも後者の方が、駆動電圧に対する効率が良いといえる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－０６３５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、液滴吐出ヘッドへの印加電圧を小さくして駆動電圧に対する効率を高めることができる液滴吐出ヘッド駆動回路及びこの駆動回路を用いた液滴吐出ヘッドを提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一実施形態において、液滴吐出ヘッド駆動回路は、複数の個別駆動回路と、静電容量素子と、定電圧回路と、駆動信号生成回路とを備える。個別駆動回路は、液滴吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出させるための複数の駆動素子のそれぞれの一端に接続される。個別駆動回路は、複数の駆動素子のそれぞれに駆動波形を与える。静電容量素子は、複数の駆動素子のそれぞれの他端に共通に接続されたコモン端子に一端を接続し、他端をグラウンド端子に接続してなる。定電圧回路は、静電容量素子とコモン端子との接続点に、抵抗素子を介して正の所定電圧を印加する。駆動信号生成回路は、複数の駆動素子毎に駆動信号を生成し、その複数の駆動信号を複数の個別駆動回路にそれぞれ出力する。また、複数の個別駆動回路は、それぞれ駆動信号生成回路から出力された駆動信号を受けて、対応する駆動素子にその駆動信号に応じた駆動波形を与えるように動作し、駆動素子は、印可電圧の増減に対する変位量のカーブがバタフライ特性を有する圧電素子であり、定電圧回路が印可する電圧を、バタフライ特性の変位量が底となる負の電圧の絶対値よりも小さい性の電圧とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係る液滴吐出ヘッドの概略構成を示すブロック図。

【図2】駆動波形の一例とコモン端子に印加される電圧との関係を示す特性図。

【図3】圧電素子に印加される電圧と圧電素子の変位量との対応関係を示す特性図。

【図4】シャントレギュレータを用いて定電圧回路を構成した場合の等価回路図。

【図5】抵抗素子の作用説明に用いる回路図。

【図6】シャントレギュレータを用いて定電圧回路を構成した場合において、抵抗素子の抵抗値を２．２ｋΩとした場合の駆動電圧と電圧源に流れ込む電流との対応関係を示す図。

【図7】抵抗素子の抵抗値を１Ωとした場合の駆動電圧と電圧源に流れ込む電流との対応関係を示す図。

【図8】オペアンプを用いて定電圧回路を構成した場合の等価回路図。

【図9】オペアンプを用いて定電圧回路を構成した場合において、抵抗素子の抵抗値を２．２ｋΩとした場合の駆動電圧と電圧源に流れ込む電流との対応関係を示す図。

【図10】液滴吐出ヘッドにおける変形例の概略構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、液滴吐出ヘッドに印加される電圧を小さくして駆動電圧に対する効率を高めることができる液滴吐出ヘッド駆動回路及びこの駆動回路を用いた液滴吐出ヘッドの実施形態について、図面を用いて説明する。

【0009】

図１は、本実施形態に係る液滴吐出ヘッド１の概略構成を示すブロック図である。液滴吐出ヘッド１は、ヘッド部１０と駆動回路２０とを含む。液滴吐出ヘッド１は、ヘッド部１０と駆動回路２０とを一体化したユニット構造である。液滴吐出ヘッド１は、例えばインク滴を吐出して印字を行うインクジェットプリンタに用いられるインクジェットヘッドである。液滴吐出ヘッド１は、インク滴以外の液滴を吐出して加工等を行う装置のヘッドであってもよい。

【0010】

ヘッド部１０は、複数の圧電素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，…，１１ｎを有している。各圧電素子１１ａ～１１ｎは、それぞれ図示しない圧力室に対応して設けられている。各圧力室には、それぞれ液滴を吐出するためのノズルが連通している。圧電素子１１ａ～１１ｎは、電圧の印加により変形する。この変形により、圧力室内のインク等の液体が加圧されて、圧力室に連通するノズルから液滴が吐出される。ここに、圧電素子は液滴吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出させるための駆動素子として作用する。

【0011】

駆動回路２０は、駆動信号生成回路２１、バッファ回路２２及びコモン電源回路２３を含む。

【0012】

駆動信号生成回路２１は、インクジェットプリンタ等の装置から与えられる出力データＤＡＴＡに基づき、圧電素子１１ａ～１１ｎ毎に駆動パルス信号Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，…，Ｐｎを生成する。駆動パルス信号Ｐａ～Ｐｎは、駆動信号生成回路２１からバッファ回路２２へと出力される。

【0013】

バッファ回路２２は、各圧電素子１１ａ～１１ｎにそれぞれ対応して、バッファ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，…，２２ｎを備えている。駆動信号生成回路２１において圧電素子１１ａ～１１ｎ毎に生成された駆動パルス信号Ｐａ～Ｐｎは、その圧電素子１１ａ～１１ｎに対応したバッファ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，…，２２ｎへと出力される。各バッファ２２ａ～２２ｎは、駆動パルス信号Ｐａ～Ｐｎを受けて、その駆動パルス信号Ｐａ～Ｐｎに応じた駆動波形Ｗａ，Ｗｂ，Ｗｃ，…，Ｗｎを、対応する圧電素子１１ａ～１１ｎへと与える。ここに、バッファ２２ａ～２２ｎは、個別駆動回路として作用する。

【0014】

液滴吐出ヘッド１において、圧電素子１１ａ～１１ｎは、静電容量が１００ｐＦの薄膜圧電アクチュエータであり、シリコン基板上にＭＥＭＳプロセスによって形成されている。薄膜圧電アクチュエータの個数は１３２０個である。したがって、バッファ２２ａ～２２ｎの個数も１３２０個である。

【0015】

薄膜圧電アクチュエータからなる圧電素子１１ａ～１１ｎは、それぞれ個別電極１２と共通電極１３とを有する。そして各圧電素子１１ａ～１１ｎの個別電極１２は、それぞれ個別配線３１を介して対応するバッファ２２ａ～２２ｎに接続されている。各圧電素子１１ａ～１１ｎの共通電極１３は、コモン配線３２を介してコモン端子３０に接続されている。コモン配線３２は、圧電素子１１ａ～１１ｎに対して共通の基準電位を供給するためのものである。

【0016】

コモン電源回路２３は、コモン端子３０に対して正の電圧Ｖ３を印加するための回路である。コモン電源回路２３の具体的構成については後述する。

【0017】

図２は、バッファ２２ａから出力される駆動波形Ｗａの一例と電圧Ｖ３との関係を示す特性図である。図２において、縦軸は電圧を表しており、横軸は時間を表している。また、実線は駆動波形Ｗａを表しており、点線は４ボルトの電圧Ｖ３を表している。なお、以下では、バッファ２２ａについて説明するが、他のバッファ２２ｂ～２２ｎについても同様に作用する。このため、他のバッファ２２ｂ～２２ｎについての説明は省略する。

【0018】

駆動波形Ｗａは、最大振幅が２４ボルトであり、振幅７ボルトのパルスを４つ含むものである。このような駆動波形Ｗａがバッファ２２ａに対応した圧電素子１１ａに与えられることにより、当該圧電素子１１ａが設けられた圧力室に連通したノズルから液滴が４滴吐出される。このように、駆動波形Ｗａのパルス数は液滴の吐出数に一致する。したがって、パルス数を増減させることにより、1回の駆動波形Ｗａで吐出される液滴の数を調整できる。インクジェットヘッドの場合、この調整により、グレースケール印字を行うことができる。

【0019】

電圧Ｖ３は、前述したように４ボルトに設定されている。したがって、駆動波形Ｗａが圧電素子１１ａの個別電極に印加されている間、圧電素子１１ａの共通電極に印加される電圧は、コモン端子３０の電圧４ボルトを維持する。

【0020】

コモン端子３０の電圧４ボルトは、圧電素子１１ａの基準電位となる。基準電位が４ボルトの圧電素子１１ａに対して最大振幅２４ボルトの駆動波形Ｗａが印加されると、正味－４ボルトから２０ボルトの駆動波形Ｗａが圧電素子１１ａに対して印加されたこととなる。因みに、コモン端子３０を直接グラウンド端子ＧＮＤに接続した場合、コモン端子３０の電圧０ボルトが圧電素子１１ａの基準電位となる。基準電位が０ボルトの圧電素子１１ａに対して最大振幅２４ボルトの駆動波形Ｗａが印加されると、０ボルトから２４ボルトの駆動波形Ｗａが圧電素子１１ａに対して印加されたこととなる。

【0021】

図３は、圧電素子１１ａに印加された電圧とその変位量との対応関係を示す特性図である。図３には左右２つの特性図が描かれているが、どちらも同じ特性を表している。図３において、縦軸は変位量を表しており、横軸は印加電圧を表している。図３に示すように、薄膜圧電アクチュエータを用いた圧電素子１１ａは、印加電圧の増減に対する変位量のカーブがバタフライ特性を有している。具体的には、変位量が底となる負の電圧から印加電圧が上昇すると変位量は急激に増大する。ただし変位量の増加率は、印加電圧の上昇に伴い小さくなり、やがて飽和する。

【0022】

このようなバタフライ特性を有する圧電素子１１ａに対し、０ボルトから２４ボルトまでのゼロクロスしない電圧幅Ｖｍの電圧を印加した場合、図３の向かって左側の特性図に示すように、変位量はＤｍとなる。一方、当該圧電素子１１ａに対し、－４ボルトから２０ボルトまでのゼロクロスする電圧幅Ｖｍの電圧を印加した場合には、図３の向かって右側の特性図に示すように、変位量はＤｍよりも大きいＤｎとなる。つまり、圧電素子１１ａに対して同じ電圧幅Ｖｍの電圧を印加した場合でも、ゼロクロスした電圧を印加する場合とゼロクロスしない電圧を印加した場合とでは、前者の方が後者よりも変位量が大きくなる。

【0023】

換言すれば、－４ボルトからゼロクロスする電圧を印加した場合に変位量がＤｍとなるまでの電圧幅Ｖｎは、電圧幅Ｖｍよりも小さくなる。すなわちゼロクロスする電圧を印加した場合には、ゼロクロスしない電圧を印加した場合よりも小さい電圧幅で同じ変位量を得ることができる。ノズルから所定の吐出速度で液滴を吐出するために必要な変位量は決まっている。したがって、圧電素子の両端子間にゼロクロスしない電圧を印加する場合よりもゼロクロスする電圧を印加した場合の方が電圧幅を小さくできるので、駆動電圧に対する効率が良くなる。

【0024】

圧電素子の両端子間にゼロクロスする電圧を印加させるためには、コモン端子３０に正の電圧Ｖ３を印加する必要がある。本実施形態では、コモン端子３０とグラウンド端子ＧＮＤとの間にコモン電源回路２３を接続することによって、コモン端子３０に４ボルトの正の電圧Ｖ３を印加するようにしている。そこで次に、コモン電源回路２３について具体的に説明する。なお、電圧Ｖ３は、４ボルトに限定されない。変位量が底となる負の電圧の絶対値よりも小さい正の電圧であればよい。電圧Ｖ３は、変位量が底となる負の電圧の絶対値に近い程、電圧効率は向上する。しかし電圧Ｖ３は、変位量が底となる負の電圧の絶対値に非常に近いと圧電素子が脱分極する恐れが増加する。電圧Ｖ３は、変位量が底となる負の電圧の絶対値を越えてしまうと圧電素子は脱分極してしまう。電圧Ｖ３の大きさは、脱分極の恐れが無く、かつ効率が良い適切な値に選べばよい。

【0025】

図１に示すように、コモン電源回路２３は、静電容量素子２３１と、抵抗素子２３２と、定電圧回路２３３と、を含む。静電容量素子２３１は、一端をコモン端子３０に接続し、他端をグラウンド端子ＧＮＤに接続している。抵抗素子２３２は、一端を静電容量素子２３１とコモン端子３０との接続点に接続し、他端を定電圧回路２３３の正極（＋）に接続している。定電圧回路２３３は、正極（＋）を抵抗素子２３２の他端に接続し、負極（－）をグラウンド端子ＧＮＤに接続している。

【0026】

定電圧回路２３３は、静電容量素子２３１とコモン端子３０との接続点に、抵抗素子２３２を介して正の電圧Ｖ３を印加するための回路である。この種の定電圧回路２３３は、例えばシャントレギュレータを用いて構成することができる。

【0027】

図４は、シャントレギュレータＵ１を用いて定電圧回路２３３を構成した場合の等価回路図である。シャントレギュレータＵ１には、例えばテキサスインスツルメンツ社のLM4041ADJを使用できる。なお、図４において、図１と共通する部分には同一符号を付している。

【0028】

図４において、静電容量素子Ｃ１は、その一端を電圧Ｖ１の電圧源４１に接続し、他端をコモン端子３０に接続している。すなわち静電容量素子Ｃ１は、全ての圧電素子１１ａ～１１ｎの合計静電容量を表す。本実施形態では、静電容量素子Ｃ１の静電容量を０．１３２μＦ（＝１３２０００ｐＦ）とする。

【0029】

抵抗素子Ｒ１は、その一端を電圧Ｖ２の電圧源４２に接続し、他端を定電圧回路２３３Ａと抵抗素子２３２との接続点に接続している。抵抗素子Ｒ１は、定電圧回路２３３Ａに駆動電源を供給するための素子である。本実施形態では、電圧Ｖ２を１８ボルトとし、抵抗素子Ｒ１を１０ｋΩとする。

【0030】

定電圧回路２３３Ａは、シャントレギュレータＵ１と、抵抗素子Ｒ２と、抵抗素子Ｒ３とで構成される。シャントレギュレータＵ１は、カソード端子Ｋを抵抗素子２３２の一端に接続し、アノード端子Ａをグラウンド端子ＧＮＤに接続している。抵抗素子Ｒ２は、一端をシャントレギュレータＵ１のカソード端子Ｋに接続し、他端を抵抗素子Ｒ３の一端に接続している。抵抗素子Ｒ３は、一端を抵抗素子Ｒ２の他端に接続し、他端をシャントレギュレータＵ１のアノード端子Ａに接続している。抵抗素子Ｒ２と抵抗素子Ｒ３との直列回路は、分圧抵抗として作用する。そしてこの分圧抵抗の中点ＰをシャントレギュレータＵ１のリファレンス端子Ｒｆに接続して、定電圧回路２３３Ａを構成している。

【0031】

かかる構成の定電圧回路２３３Ａを含むコモン電源回路２３において、静電容量素子２３１の静電容量は、全ての圧電素子１１ａ～１１ｎの合計静電容量０．１３２μＦよりも十分に大きな値が選択される。本実施形態では、静電容量素子２３１の静電容量を１０μＦとする。因みに、静電容量素子２３１には高速な瞬時電流が流れるので、静電容量素子２３１は、圧電素子１１ａ～１１ｎの近くに置くことが望ましい。

【0032】

一方、抵抗素子２３２の抵抗値は、一回の駆動波形による圧電素子１１ａ～１１ｎの駆動が終了した後、次の駆動の前までに静電容量素子２３１の両端電圧が復帰する程度に小さく、かつ、シャントレギュレータＵ１に大きすぎるパルス電流を流さない程度に大きい値が選択される。本実施形態では、抵抗素子２３２の抵抗値を２．２ｋΩとする。

【0033】

図５は、抵抗素子２３２の作用説明に用いる回路図である。なお、図４と共通する部分には同一符号を付している。抵抗素子２３２は、一端を電圧Ｖ３の電圧源４３に接続し、他端をコモン端子３０に接続している。静電容量素子Ｃ１の静電容量は０．１３２０μＦであり、静電容量素子２３１の静電容量は１０μＦである。

【0034】

かかる回路構成において、抵抗素子２３２の抵抗値を２．２ｋΩとし、図２の駆動波形Ｗａを個別電極１２に与えたときにアクチュエータ１１ａの両端に加わる正味の電圧Ｖ１と電圧源４３から流れ出す電流Ｉ１との対応関係を図６に示す。図６において、実線は電圧波形であり、左側の縦軸でその電圧値を示している。破線は電流波形であり、右側の縦軸でその電流値を示している。横軸は時間を示している。

【0035】

一方、抵抗素子２３２の抵抗値を１Ωとし、図２の駆動波形Ｗａを個別電極１２に与えたときにアクチュエータ１１ａの両端に加わる正味の電圧Ｖ１と電圧源４３から流れ出す電流Ｉ１との対応関係を図７に示す。図７においても、実線は電圧波形であり、左側の縦軸でその電圧値を示している。破線は電流波形であり、右側の縦軸でその電流値を示している。横軸は時間を示している。
図６及び図７に示すように、抵抗素子２３２の抵抗値を２．２ｋΩとした場合も１Ωとした場合も電圧Ｖ１の波形はほとんど同じである。したがって、抵抗素子２３２の抵抗値が２．２ｋΩであっても１Ωであってもアクチュエータ１１の動きは変わらない。しかし抵抗素子２３２の抵抗値を１Ωとした場合には電圧源４３から最大で３００ｍＡに近い電流Ｉ１が流れ出すのに対し、抵抗素子２３２の抵抗値を２．２ｋΩとすれば電圧源４３から流れ出す電流は０．１ｍＡ程度で済む。

【0036】

前述したように、本実施形態では、抵抗素子２３２の抵抗値を２．２ｋΩとしている。これにより、電圧源４３に流れ込む電流Ｉ１は小さくなる。したがって、電圧源４３として、シャントレギュレータＵ１を用いた定電圧回路２３３を使用することができる。

【0037】

なお、電圧源４３に流れ込む電流Ｉ１は小さいので、シャントレギュレータＵ１ではなくオペアンプを用いて定電圧回路２３３を構成することも可能である。

【0038】

図８は、オペアンプＵ２を用いて定電圧回路２３３を構成した場合の等価回路図である。オペアンプＵ２には、例えばアナログデバイセズ社のLT1636を使用できる。以下では、オペアンプＵ２を用いた定電圧回路２３３を定電圧回路２３３Ｂと表す。なお、図８において、図４と共通する部分には同一符号を付している。

【0039】

定電圧回路２３３Ｂは、オペアンプＵ２と、抵抗素子Ｒ４と、抵抗素子Ｒ５とで構成される。オペアンプＵ２は、その非反転入力端子（＋）を電圧Ｖ４の電圧源４４に接続し、反転入力端子（－）を、抵抗素子Ｒ４を介してグラウンド端子ＧＮＤに接続している。また、オペアンプＵ２は、その出力端子を抵抗素子２３２の一端に接続するとともに、抵抗素子Ｒ５を介して反転入力端子（－）に接続して、帰還回路を形成している。本実施形態において、抵抗素子Ｒ４は１．１ＫΩであり、抵抗素子Ｒ５は３．３ＫΩである。したがって、定電圧回路２３３Ｂは、オペアンプＵ２を使用して入力電圧Ｖ４を４倍に増幅する非反転増幅器である。電圧源４４は、入力電圧Ｖ４をオペアンプＵ２の非反転入力端子に供給する。本実施形態では、入力電圧Ｖ４を１ボルトとする。そうすることにより、１ボルトの入力電圧Ｖ４が定電圧回路２３３Ｂによって４ボルトに増幅されて、抵抗素子２３２を介してコモン端子３０へと印加される。

【0040】

かかる回路構成において、抵抗素子２３２の抵抗値を２．２ｋΩとした場合の駆動電圧Ｖ１と定電圧回路２３３Ｂに流れ込む電流Ｉ２との対応関係を図９に示す。図９において、左側の縦軸は電圧を示し、右側の縦軸は電流値を示し、横軸は時間を示している。図９に示すように、－４ボルトから２０ボルトの範囲内で４つのパルスを含む駆動電圧Ｖ１を印加した場合、定電圧回路２３３Ｂには０．１ｍＡ前後の小さい電流Ｉ２しか流れ込まない。したがって、オペアンプＵ２を用いて定電圧回路２３３Ｂを構成することができる。そして、オペアンプＵ２を用いて構成した定電圧回路２３３Ｂにおいても、定電圧回路２３３Ａと同様に、抵抗素子２３２を介してコモン端子３０に４ボルトの電圧Ｖ３を定常的に印加することができる。

【0041】

以上詳述したように本実施形態の駆動回路２０は、コモン端子３０とグラウンド端子ＧＮＤとの間にコモン電源回路２３を接続してコモン端子３０に正の電圧Ｖ３を定常的に印加するようにしている。したがって、コモン端子３０にグラウンド端子ＧＮＤが直接接続されている場合と比較して、圧電素子１１ａ～１１ｎに印加する電圧を小さくしても同じ変位量を得ることができる。その結果、駆動回路２０からヘッド部１０に印加する電圧を小さくできるので、駆動電圧に対する効率を高めることができる。

【0042】

しかも駆動回路２０は、コモン電源回路２３を、複数の圧電素子１１ａ～１１ｎのそれぞれの他端に共通に接続されたコモン端子３０に一端を接続し、他端をグラウンド端子ＧＮＤに接続してなる静電容量素子２３１と、当該静電容量素子２３１とコモン端子３０との接続点に、抵抗素子２３２を介して正の電圧を印加する定電圧回路２３３とで構成している。したがって、駆動回路２０に対してコモン電源回路２３を簡単な構成で組み込むことができる。駆動回路２０は、ヘッド部１０とともにユニット化されて液滴吐出ヘッド１となるので、駆動回路２０にコモン電源回路２３を設けても液滴吐出ヘッド１が大型化する懸念はない。

【0043】

特に、定電圧回路２３３は、シャントレギュレータＵ１と２つの抵抗素子Ｒ１，Ｒ２とによって構成できる。したがって、駆動回路２０をよりコンパクトに構成できるメリットがある。この点に関しては、定電圧回路２３３をオペアンプＵ２と２つの抵抗素子Ｒ３，Ｒ４とによって構成した場合も同様である。因みに、シャントレギュレータＵ１を用いて定電圧回路２３３を構成すると、低価格かつコンパクトに構成できる利点がある。その一方、オペアンプＵ２を用いて定電圧回路２３３を構成すると、オペアンプＵ２の入力電圧Ｖ４を制御することで電圧Ｖ３を容易に調整できるという利点がある。

【0044】

また、シャントレギュレータＵ１を用いた定電圧回路２３３に対する駆動電圧Ｖ２は、その電圧値を例えば１８ボルトから３６ボルトまで変化させても、定電圧回路２３３の動作は変わらない。このため、電圧Ｖ１が１８ボルトから３６ボルトの範囲内であるならば、図１０に示すように、電圧Ｖ２の供給を省略して、定電圧回路２３３に電圧Ｖ１を与えることができる。電圧Ｖ２の供給を省略することでヘッド、ヘッド駆動回路および電源はコンパクトでかつ安価になり、ヘッドとして扱い易いものになる。

【0045】

以上、液滴吐出ヘッドに印加される電圧を小さくして駆動電圧に対する効率を高めることができる液滴吐出ヘッド駆動回路及びこの駆動回路を用いた液滴吐出ヘッドの実施形態について説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態及びその変形は、発明の範囲に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］液滴吐出ヘッドのノズルから液滴を吐出させるための複数の駆動素子を駆動する駆動回路であって、前記複数の駆動素子のそれぞれの一端に接続され、前記複数の駆動素子のそれぞれに駆動波形を与える複数の個別駆動回路と、前記複数の駆動素子のそれぞれの他端に共通に接続されたコモン端子に一端を接続し、他端をグラウンド端子に接続してなる静電容量素子と、前記静電容量素子と前記コモン端子との接続点に、抵抗素子を介して正の電圧を印加する定電圧回路と、を具備する液滴吐出ヘッド駆動回路。
［２］前記定電圧回路は、シャントレギュレータで構成される、付記［１］記載の液滴吐出ヘッド駆動回路。
［３］前記駆動素子は、薄膜の圧電素子である、付記［１］記載の液滴吐出ヘッド駆動回路。
［４］前記定電圧回路に与える電源は、前記駆動波形の生成に必要な電源と共通である、付記［１］記載の液滴吐出ヘッド駆動回路。
［５］前記静電容量素子の静電容量は、前記駆動素子の合計静電容量よりも大きい、付記［１］乃至［４］のうちいずれか１項記載の液滴吐出ヘッド駆動回路。
［６］ノズルから液滴を吐出させるための複数の駆動素子と、前記複数の駆動素子のそれぞれの一端に接続され、前記複数の駆動素子のそれぞれに駆動波形を与える複数の個別駆動回路と、前記複数の駆動素子のそれぞれの他端に共通に接続されたコモン端子に一端を接続し、他端をグラウンド端子に接続してなる静電容量素子と、前記静電容量素子と前記コモン端子との接続点に、抵抗素子を介して正の電圧を印加する定電圧回路と、を具備する液滴吐出ヘッド。

【符号の説明】

【0046】

１…液滴吐出ヘッド、１０…ヘッド部、１１ａ～１１ｎ…圧電素子、２０…駆動回路、２１…駆動信号生成回路、２２…バッファ回路、２３…コモン電源回路、３０…コモン端子、２３１…静電容量素子、２３２…抵抗素子、２３３…定電圧回路、Ｕ１…シャントレギュレータ、Ｕ２…オペアンプ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】